Операционные системы, урок 3: Представление и обработка процессов. Структуры данных. Очереди.

• Лекция посвящена процессам в операционной системе.  

• План лекции: представление процессов, состояния процессов, структуры данных для хранения процессов, управление процессами.  

• Программа - это набор инструкций для процессора, записанный в файл.  

• Операционная система запускает программу, предоставляя ей доступ к ресурсам компьютера.  

• Процесс - это запущенная программа, использующая процессор и память.  

• Операционная система предоставляет доступ к ресурсам компьютера.  

• В прошлом было достаточно одного процесса, но с появлением многозадачности возникли проблемы.  

• Операционная система должна управлять доступом к ресурсам и защищать их от других процессов.  

• Операционная система защищает ресурсы процессов от других процессов.  

• Процессы должны обмениваться информацией безопасно и эффективно.  

• Процессы могут выполнять одну задачу, но должны синхронизироваться.  

• Компьютеры состоят из разных типов ресурсов, которые отличаются по скорости.  

• Операционная система должна учитывать особенности каждого ресурса.  

• Приложения выполняют конкретные задачи, но не всегда выгодно писать их для конкретной аппаратной платформы.  

• Операционная система предоставляет интерфейс для доступа к ресурсам.  

• Приложения могут работать на разных платформах благодаря операционной системе.  

• Операционная система управляет запуском приложений, обеспечивая многозадачность.  

• Операционная система делает ресурсы доступными для нескольких приложений.  

• Процессор быстро переключается между приложениями, но устройства ввода-вывода медленные.  

• Процессы включают код, данные и контекст, которые хранятся в памяти.  

• Процесс состоит из нескольких элементов, включая идентификатор.  

• Идентификатор должен быть уникальным и часто используется число.  

• Состояние процесса описывает его текущее состояние и этап выполнения.  

• Каждый процесс имеет приоритет, который может быть числом или другим значением.  

• Приоритет помогает управлять множественными процессами.  

• Важные процессы, такие как управление памятью или файлами, имеют более высокий приоритет.  

• В процессе должен быть счетчик команд, который показывает текущий процесс или следующий.  

• Контекст процесса включает информацию о состоянии устройств ввода-вывода и других ресурсов.  

• Это позволяет эффективно восстанавливать процесс после паузы.  

• Структура данных для представления процесса называется процесс контрол-блок.  

• Процесс может быть запущен, завершен или поставлен на паузу.  

• Процессы могут находиться в очереди, ожидая своей очереди на выполнение.  

• Процессы создаются операционной системой или другими процессами.  

• Процесс может создать дочерний процесс, что называется "сполнинг".  

• Завершение процесса требует понимания, что задача выполнена, и может быть вызвано пользователем или ошибкой.  

• Процессы могут ждать медленных устройств ввода-вывода.  

• Процессы, ожидающие медленных устройств, не могут работать.  

• Важно различать процессы, готовые к запуску, и процессы, ожидающие событий.  

• Процессы могут переходить в состояние "готов" по тайм-ауту.  

• Процессы могут блокироваться, ожидая медленных событий, таких как ввод-вывод или пользовательский ввод.  

• Процессы в состоянии "заблокирован" ждут событий и могут быть переведены в состояние "готов" после их наступления.  

• Процесс может быть создан, но еще не готов к запуску.  

• Процесс может быть завершен успешно или с ошибкой.  

• Добавлено состояние "выход", когда процесс готов к уничтожению.  

• Добавлена очередь для процессов, ожидающих событий.  

• Процессы, ожидающие разных событий, должны быть в разных очередях.  

• Операционная система должна управлять этими очередями для эффективного использования ресурсов.  

• Процессор не всегда занят на 100%, что не всегда неэффективно.  

• Процессор может отдыхать, если не используется на 100%.  

• Процессы, ожидающие медленных событий, могут занимать память, что неэффективно.  

• Процессы, ожидающие долго, могут быть перенесены на жесткий диск.  

• Такие процессы называются приостановленными.  

• Приостановленные процессы освобождают память для других процессов.  

• Добавлены новые состояния: заблокированный и приостановленный.  

• Процессы могут переходить из заблокированного состояния в приостановленное и обратно.  

• Операционная система может решать, какие процессы переносить на жесткий диск для освобождения памяти.  

• Операционная система может приостановить процесс, если он переходит из памяти на жесткий диск.  

• Это называется своппом и помогает освободить оперативную память.  

• Операционная система решает, какие процессы переносить в своп, в зависимости от их важности и доступности ресурсов.  

• Процессы могут находиться в разных состояниях в зависимости от доступных ресурсов.  

• Операционная система использует таблицы для управления процессами и ресурсами.  

• Эти таблицы помогают отслеживать, какие процессы используют какие ресурсы и в каком состоянии они находятся.  

• Операционная система использует таблицы для управления памятью, устройствами ввода-вывода, файлами и процессами.  

• Таблицы памяти содержат информацию о том, какие разделы памяти используются какими процессами.  

• Таблицы ввода-вывода отслеживают состояние устройств и операции ввода-вывода.  

• Файловая таблица хранит информацию о существовании файлов, их расположении и статусе.  

• Операционная система использует эту таблицу для управления файлами и их использованием процессами.  

• Таблицы процессов содержат идентификаторы процессов и их текущее состояние.  

• Операционная система использует эти таблицы для управления процессами и их ресурсами.  

• Процессы работают в пользовательском и системном режимах.  

• В пользовательском режиме процессы ограничены в доступе к ресурсам, а в системном режиме имеют полный доступ.  

• При создании процесса ему присваивается идентификатор и выделяется память.  

• При переключении процесса сохраняется его состояние и обновляется контрольный блок.  

• Процесс может перейти в состояние заблокирован или готов, но приостановлен.  

• Операционная система выбирает следующий процесс для выполнения на основе приоритетов и состояния очереди процессов.  

• В первую очередь выполняются процессы, готовые к запуску.  

• Нужно обновить контрольный блок и структуры данных процесса.  

• Выгрузить данные из памяти и восстановить окружение процесса.  

• Восстановить состояние регистров процессора для продолжения работы.  

• Операционная система может быть процессом, но это зависит от её создателей.  

• Операционная система может работать как отдельный процесс или быть частью пользовательских процессов.  

• Ядро операционной системы может функционировать в привилегированном режиме и не быть процессом по определению.  

• Функции операционной системы могут быть представлены в пользовательских процессах.  

• Это позволяет избежать большого переключения контекста при выполнении функций операционной системы.  

• Большая часть функций операционной системы может быть запущена на пользовательском уровне для безопасности, но это менее эффективно.  

• Вопрос о том, является ли операционная система процессом, не имеет смысла.  

• Понимание процессов и их состояний поможет в дальнейшем обсуждении операционных систем.  

• Благодарность за внимание и анонс продолжения беседы об операционных системах.